Auswirkungen von Windungs- und Phasenschlüssen in der Ankerwicklung von Synchronmaschinen großer Leistung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Kulig
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 154687074

Die Analyse der Schadensfälle in Kraftwerksgeneratoren führt zu der Erkenntnis, dass die Schäden in der Ständerwicklung in den letzten fünf Jahren deutlich zugenommen haben. Dies gilt sowohl für die Maschinen kleiner Leistung als auch für die Grenzleistungsgeneratoren [StreOS]. Die Auswirkungen der äußeren elektrischen Fehler auf Drehstrommaschinen, wie z.B. die Klemmenkurzschlüsse, Fehlsynchronisation und Kurzschlüsse im Netz, sind bereits in einer Vielzahl von Publikationen ausführlich behandelt worden. Im Gegensatz dazu sind die elektromagnetischen Vorgänge bei inneren Fehlern nur unzureichend erforscht. Gerade im Stator großer Maschinen haben sie oft verheerende Auswirkungen. Häufige Folge von inneren Fehlern ist der Totalschaden der beteiligten Wicklung, des Blechpakets, der Lager und der angekoppelten Antriebe, bzw. Lasten. Innere Fehler führen in elektrischen Maschinen zu unsymmetrischen Feldverteilungen. Daher können Symmetrien nicht wie gewohnt ausgenutzt werden, was auch eine analytische Erfassung der Auswirkungen schwierig macht. Die bekanten Analyseverfahren, wie z. B. das Park sche Modell, können nicht angewandt werden. Neue, weiterentwickelte numerische Feldberechnungsprogramme und die schnellen leistungsfähigen Computer erlauben es heute, die Fragestellungen zu analysieren, die sich bisher aufgrund ihrer Komplexität und des großen Aufwandes entweder gar nicht oder nur mit grober Näherung behandeln ließen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen für dreiphasige Synchronmaschinen oberer Leistungsklasse die Auswirkungen von Phasen- und Windungsschlüssen in der Ankerwicklung untersucht werden. Ein wichtiges Ziel der Arbeit ist es, ein besseres Verständnis der Vorgänge zu erlangen, wobei Zusammenhänge zwischen Ort und Zeitpunkt des Fehlers sowie Strömen, Kräften und Momenten zu untersuchen sind. Zu diesem Zweck werden numerische sowie analytische netzwerk- und feldtheoretische Verfahren zur Berechnung der elektromagnetischen Vorgänge kombiniert angewendet. Die Reparatur- und Betriebsausfallskosten, die insbesondere bei Maschinen größerer Leistung immense Höhen erreichen, machen eine eingehende Untersuchung der physikalischen Vorgänge bei inneren Fehlern zwingend erforderlich. Das bessere Verständnis der Zusammenhänge soll dabei helfen, im Voraus Schutzmaßnahmen zu treffen und im Nachhinein Fehlerursachen zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen